通信电子电路(第4章)2012

1、1 4.1 概述 4.2 接收机方案 4.3 发射机方案 4.4 发射机的性能指标 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 2 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 4.1 概述 通信机基本结构射频级基本结构 发射部分 接收部分 天线公用器 本章主要内容：介绍发送、接收机的 结构方案 主要指标 3 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 完成基带信号对载波的调制 通带信号（已调波

2、） 将通带信号搬移到所需的频段上变频 放大到足够的功率并发射 不干扰相邻信道限制频带 主要指标：频谱、功率、效率 射频发射级的基本组成及完成功能： 产生正弦载波 4 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 射频接收级的基本组成及完成的功能 从众多的电波中选出有用信号选频、滤除干扰 将微弱信号放大到解调器所要求的电平值放大 将通带信号变为基带信号 解调 接收机的主要指标：灵敏度、选择性 5 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 设计接收机和发射机的射频

3、部分时应解决的关键问题 选用合适的调制和解调方式 抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好 接收机选出有用信号、抑制干扰信号 难点已调信号载频高、信道窄 接收机的灵敏度和线性动态范围 发射机的高效率不失真的功率放大器 限制发射信号对相邻信道的干扰 天线收发转换器的损耗小，隔离性好 6 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 4.2.1 超外差式接收机 变频器功能：将接收到的射频不失真的降低为一个固定的中频 IF 关键部件：下变频器 变频特点： 频率降低 频谱结构不变 4.2 接收机方案 基本结构方案 7 第四章 发送、接收

4、机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) （1） 为了解决选择性 结果：射频段选择信道非常困难要求滤波器Q值极高 上行频带: 890 915MHz（移动台发、基站收） 下行频带: 935 960MHz（移动台收、基站发） 每个信道: 200KHz GSM通信系统 特点： 信道带宽 远比载频小 射频段选择频带降为中频、选择信道 措施：降低频率选信道 为什么要将接收到的射频频率降低？ 两个概念 频带 信道 8 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) （2）为使接收机达稳定的高

5、增益 天线输入电平约为-100-120dBm（mV级）Vm 解调器输入一般要求约500mV 要求增益大于 100dB以上 总增益射频增益 混频增益 中频增益 结果： 增益分散在各频段，易稳定 中频频率低且固定，增益易大而稳定 （主要增益级） （3）在较低的固定中频上解调或A/D变换也相对容易 9 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 超外差接收机各级功能 低噪声放大器射频放大 变频器频谱搬移 中频放大选信道、主增益级 10 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Rec

6、eiver) 基本实现方法 变频功能频谱搬移 超外差接收机的主要缺点 变频器引入众多的组合频率干扰 产生众多组合频率的原因？ 非线性器件不是 理想平方律特性 产生组合频率 LORF Pq 非线性 器 件 滤波器LORF 0IF 0IF LORF LORF 滤波器不理想 11 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) LORFIF pqF 组合频率 当 小于中频带宽时，通过滤波器输出 F 变频器引起的寄生通道干扰 非线性 器 件 滤波器LORF 0IF 当输入端伴有干扰信号时 输入端没有其它干扰信号 11 cos m Vt 2

7、2 cos m Vt 组合频率 通过中频滤波器输出12 (2) LOIF 三阶互调干扰 12 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 镜像频率干扰重要的寄生通道干扰 什么是镜像频率？后果如何？ 前端滤波器滤除 消除镜像频率干扰的方法：不让镜频信号进入变频器 解决方法: 提高中频 滤波器实现难点？ 射频滤波器通带做不窄 13 中频选择： 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 根据抑制镜频通道要求（镜像抑制比为 60dB） 360 1 4 IFdBdB

8、fBWK 380 1 2 RFIFdBdB ffBWK 根据抑制寄生通道干扰： 和幂级数展开系数有关。 高放BPF1特性 高放BPF1特性 根据中频滤波器的可实现性（采用现 成的集总参数滤波器） 根据抑制中频干扰要求（中频抑制比为 80dB） 14 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 高中频和低中频的利弊 高中频镜像频率远离有用信号，滤波容易 优点： 利于抗镜频干扰 低中频 相同Q值条件下，中频滤波器窄带 优点：利于选择信道、稳定的高增益 两者兼顾最佳方案超外差式二次混频方案 选择中频 兼顾两者 15 第四章 发送、接

9、收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 3.二次变频方案 中频选择原则II中频采用低中频值，利于提取有用信道 抑制邻道干扰 I 中频采用高中频值，以提高镜象频率抗拒比 三个滤波器的功能、中心频率与带宽 射频滤波器I 中频 滤波器 II 中频 滤波器 总增益 低噪放增益 I中频 增益 II中频 增益 （主要增益级） 16 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 二次混频超外差接收机实例 881 RF fMHz 1 45 IF fMHz 2 455 IF fKHz 1 8

10、8145926 LO fMHz 2 450.45544.545 LO fMHz 17 I混频：中频干扰 45 (MHz) ,镜频干扰 971 (MHz) 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 881MHz 45MHz 455KHz 926MHz971MHz 44.545MHz 44.09MHz 45MHz 44.09MHz 455KHz II混频：中频干扰 455 (KHz) ,镜频干扰 44.09 (MHz) 18 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiv

11、er) 4 .2. 2直接下变频方案（零中频方案） 方案特点：中频为 0 IF LORF 0 IF 方案优点： 不存在镜像频率，无镜频信号干扰 可用低通滤波器选择信道 易解决匹配、线性动态范围等问题 19 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 直接下变频方案存在的问题 1.本振泄露 本振信号从射频口输出 关键原因: 本振频率与信号频率相同 2. LNA偶次谐波失真干扰 两个频率 相近的干扰 非线性的偶次项 引起的差频0 漏过、形成干扰 20 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitte

12、r and Receiver) 3，直流偏差 由本振泄漏引起的直流偏差 强干扰的自混频引起的直流偏差 21 4.2.3 镜频抑制接收方案 a. Hartley方案 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 22 a. Hartley方案 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) :( )cos,( )cos sincos, ( )sin()sin() 22 ( )cos()cos() 22 90 (0, RFRFRFimimim LOLO imRF ALO

13、RFLOim imRF BLORFLOim o ALORFLO assume vtVtvtVt added and timed byt andt then filtered got VV vttt VV vttt v shiftCW 0) ( )cos()cos() 22 ( )( )( )cos() im imRF CLORFLOim IFCBRFLORF got VV vttt CC vtvtvtV W t 难度：1，要求两路完全一致。 2，90o移相必须准确。 23 b. Weaver方案： 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Re

14、ceiver) 24 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 如图为直接变频方 案示意图： 1LO 25 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) I1 I2 I1 I2=I1-2 j/2 -j/2 sin1t cos1t 26 数字中频方案：二中频以下信号处理数字化-软件定义无线电 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 优点：处理灵活 缺点：对A/D要求高：速度、分辨率(量化噪声

15、)、动态范 围、线性度 27 4.3 发射机方案 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 直接变换正交调制发射机 优点：结构简单 缺点：输出端强信号影响本振，稳定性差。 28 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 两步变换正交调制发射机 优点：避免本振牵引，调制易于实现。 缺点：上变频滤波器实现难度大。 29 双偏置本振方案： 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 两个本振频率

16、与输出频率差别大，不易被输出强信 号干扰。 30 发射机前端实例： 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) (1) IQVCOPLL IQ PLL VCOPLLPLL PLL NM M N M N IQ PLL VCO 31 4.4 无线发射接收机的性能指标 GSM系统的基本参数: 1)频段： 935-960MHz (基站发，下行) 890-915MHz (移动台发，上行) DCS1800:1805-1815 (BSMS) 1710-1720 (MSBS) DCS系统以GSM为工作平台，仅改变了无线工作频率，故称 为GSM

17、900/1800系统。 2)频带宽度：25MHz 3)载波间隔：200KHz 4)信道总速率：270.83Kbit/s 5)调制方式：GMSK(高斯最小频移键控) 6)数据速率：2.4, 4.8, 9.6Kbps 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 32 7)通信方式： TDMA/FDMA/FDD 25MHz频段分为125个频道(FDMA：Frequency Division Multiple Access频分多址)； 每个载波含8个时隙(TDMA：Time Division Multiple Access时分多址)；

18、 一对双工载波各用一个时隙构成一个双向信道(FDD： Frequency Division Duplex 频分双工)。 8)语音编码： RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测编码) 。 速率13Kbps。 20ms分段，分别进行：线性预测分析、长周期预测、激励分 析，分别得到36,36,188比特，共260比特。 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 33 9)信道编码： 182个差错敏感比特3奇偶校验比特4尾比特码率为1/2， 约束长度为5的卷积码 (182+3+4)2=378bit 78个误差不敏感比特直接传输 总码率

19、=378+78=456bit 为抗突发性干扰，还要进行交织处理，把40ms中的语音比特 (2*456=912)组成8*114矩阵，按水平写入垂直读出的原则，获 得8个114比特的信息段，占用一个时隙逐帧进行传输。收端按 垂直写入水平读出的原则解交织(去交织)，恢复数据。 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 34 1，发信机技术指标 （1）平均载频功率 （2）发信载频包络 （3）射频功率控制 （4）射频输出频谱 （5）杂散辐射 （6）互调衰减 （7）相位误差 （8）频率精度 2，接收机指标 （1）灵敏度 （2）阻塞和杂散

20、响应抑制 （3）互调响应抑制 （4）邻道干扰抑制 （5）杂散辐射 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiver) 35 3，系统指标分配与计算 对各功能单元电路的要求： （1）天线双工器的插入损耗必须小。 （2）低噪声放大器必须具有很低的噪声、合适的增益、高的三 阶互调截点及低的功耗。 （3）混频器应有高的三阶互调截点及低的噪声。 （4）频率合成器应有低的相位噪声、切换速度快。 （5）滤波器的中心频率的热漂移要小、频率响应误差小。 第四章 发送、接收机结构 (Architecture of Transmitter and Receiv